植物來源天然小分子化合物防治骨質(zhì)疏松癥的研究進展

魏金星，王諾鑫，羅熠，許艷，肖建輝

骨質(zhì)疏松癥是常見的系統(tǒng)性骨病，其特征是骨量低下、骨組織微結(jié)構(gòu)退化、骨骼脆性增加，具有高致殘、高致死風(fēng)險［1］。我國是骨質(zhì)疏松癥的高發(fā)國家。隨著全球老齡化進程日益加快，骨質(zhì)疏松將成為全球性公共健康問題［2］。骨質(zhì)疏松癥的防治成為亟待解決的問題。目前，治療骨質(zhì)疏松癥的藥物主要分為基本補充劑、骨吸收抑制劑、骨形成促進劑等幾類［3］，但均存在相應(yīng)的缺點，在增加骨量或防止骨質(zhì)流失方面的作用相對較?。?］，尋找更安全有效的藥物對防治骨質(zhì)疏松具有重要意義。近年來，有機化學(xué)和現(xiàn)代藥理學(xué)揭示了來源于植物中藥材用于防治骨質(zhì)疏松癥的物質(zhì)理論基礎(chǔ)，并發(fā)現(xiàn)大量能誘導(dǎo)成骨細胞分化，預(yù)防破骨細胞形成或分化的天然小分子化合物。本文綜述了近年來具有骨保護和防止骨質(zhì)流失作用的植物來源天然小分子化合物的研究進展，為研究防治骨質(zhì)疏松癥藥物及方法提供新思路。

1 萜類化合物

萜類化合物是一類結(jié)構(gòu)多樣、數(shù)量豐富的天然小分子化合物。萜類化合物具有抗炎、抗癌和神經(jīng)保護等作用［5］，多種萜類化合物具有防止骨質(zhì)流失作用，是潛在的防治骨質(zhì)疏松癥候選藥物。

1.1 去氫木香內(nèi)酯去氫木香內(nèi)酯是天然的倍半萜烯內(nèi)酯，來源于雪蓮根，具有抗炎、抗?jié)?、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)特性。在體外，去氫木香內(nèi)酯可降低核因子（NF）-κB受體激動劑（RANKL）誘導(dǎo)的NF-κB磷酸化水平，抑制破骨細胞的形成及鈦顆粒在體內(nèi)引起的顱骨溶解，緩解脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的炎性骨質(zhì)疏松模型的骨流失［6］。研究表明，去氫木香內(nèi)酯可以通過抑制NF-κB抑制蛋白α（IκBα）降解和NFκB家族成員之一p65/RelA磷酸化，使RANKL介導(dǎo)的活化T-細胞核因子1（NFATc1）表達受抑，從而抑制破骨細胞分化，降低去卵巢（OVX）誘導(dǎo)的骨丟失［7］。進一步研究結(jié)果提示，去氫木香內(nèi)酯通過下調(diào)NFATc1基因表達，抑制破骨細胞形成過程中整合素β3表達，減弱破骨細胞遷移能力，并抑制其生長；同時，通過下調(diào)破骨細胞中蛋白激酶C-β（PKCβ）表達調(diào)節(jié)溶酶體生成的主要轉(zhuǎn)錄因子（TFEB）穩(wěn)定性，抑制破骨細胞溶酶體生成，逆轉(zhuǎn)OVX誘導(dǎo)的骨流失［8］。綜上，去氫木香內(nèi)酯主要經(jīng)NF-κB通路抑制破骨細胞生成，防止骨流失。

1.2 雙氫青蒿素雙氫青蒿素（Dihydroartemisinin，DHA）是黃花蒿中活性成分青蒿素的衍生物，屬于倍半萜內(nèi)酯類化合物，具有抗癌、抗真菌和免疫調(diào)節(jié)等生物學(xué)活性，是目前最有效的抗瘧藥。最新研究報道，DHA可通過激活人骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSCs）中Wnt/β-連環(huán)蛋白（β-catenin）和細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）1/2信號通路促進其向成骨細胞分化［9］。同時，還可以促進活性氧（ROS）積累和釋放，引起線粒體膜電位降低，增加促凋亡蛋白與抗凋亡蛋白比值（Bax/Bcl-2），釋放細胞色素C和凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）到細胞質(zhì)中，激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（caspase-3），誘導(dǎo)細胞凋亡，進而抑制破骨細胞形成，有效防止LPS誘導(dǎo)的炎癥性骨丟失［10］。此外，DHA通過抑制蛋白激酶B（AKT）/酪氨酸專一性蛋白激酶（SRC）途徑下調(diào)破骨細胞相關(guān)基因，預(yù)防鈦粒子對骨的溶解，以及抑制MDA-MB-231乳腺癌細胞中AKT的激活，使癌細胞增殖、遷移和侵襲能力受損，并有效防止乳腺癌誘發(fā)的骨溶解［11］。綜上，DHA能促進細胞向成骨細胞分化、抑制破骨細胞形成，明顯改善炎癥所致骨丟失，對骨質(zhì)疏松癥具有一定的防治作用。

2 香豆素類

香豆素類化合物存在于大約150種植物中，分布于30個不同的科，最重要的有蕓香科、傘形科、藤黃科、忍冬科、木犀科等［12］。研究發(fā)現(xiàn)香豆素類化合物除具有抗凝血、抗人免疫缺陷病毒（HIV）、抗氧化、抗炎等多種作用以外，同時具有抗骨質(zhì)疏松癥潛力。

2.1 蛇床子素蛇床子素是一種天然香豆素，是藥用蛇床子、當(dāng)歸中的主要活性成分，具有抗細胞凋亡、抗炎、抗腫瘤、抗菌、抗過敏、抗骨質(zhì)疏松等生物活性［13］。蛇床子素可以增強小鼠胚胎成骨細胞前體細胞（MC3T3-E1）中堿性磷酸酶（ALP）的活性和礦化作用，通過激活環(huán)磷酸腺苷（cAMP）/環(huán)磷酸腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB）通路促進成骨細胞分化［14］。此外，蛇床子素可提高BMSCs自噬水平，促進其向成骨細胞分化，經(jīng)蛇床子素預(yù)處理的BMSCs治療OVX小鼠能明顯促進其新骨形成，改善小鼠骨密度［13］。

2.2 香柑內(nèi)酯香柑內(nèi)酯是一種從佛手柑精油、其他柑橘精油和柚子汁中分離得到的天然抗炎和抗腫瘤物質(zhì)。在糖尿病聯(lián)合骨橋蛋白（OPG）敲除所致骨質(zhì)疏松癥模型中，香柑內(nèi)酯可通過激活磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）/AKT，應(yīng)激活化蛋白激酶（JNK）/絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）和NF-κB等通路，抑制白細胞介素（IL）-1β、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、干擾素-γ（IFN-γ）等炎癥細胞因子的釋放及破骨細胞的增加，避免骨結(jié)構(gòu)破壞［15］。同時，香柑內(nèi)酯還可抑制RANKL誘導(dǎo)的破骨細胞相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子NFATc1和快速反應(yīng)基因（c-fos）表達，進而阻止成熟的破骨細胞對骨的再吸收，抑制OVX引起的骨質(zhì)疏松癥［16］。此外，香柑內(nèi)酯可提高糖尿病小鼠血清總無機磷含量及股骨質(zhì)量，血清中骨鈣素（OCN）和ALP水平，下調(diào)骨組織中抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）的含量，改善骨微結(jié)構(gòu)，但不影響小鼠血糖、糖化血紅蛋白或血清胰島素的水平［17］。

2.3 補骨脂素補骨脂素是一種從補骨脂種子中分離得到的香豆素類化合物。研究報道其有抗氧化、抗抑郁、抗癌、抗菌和抗病毒等作用［18］，能顯著降低巨噬細胞集落刺激因子（M-CSF）和RANKL誘導(dǎo)的破骨細胞中磷酸化快速反應(yīng)基因（c-jun）表達和核轉(zhuǎn)位水平，抑制AKT并激活活化蛋白1（AP-1），從而抑制破骨吸收［19］。此外，補骨脂素可通過調(diào)節(jié)肌醇需求激酶1（IRE1）-凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1（ASK1）-JNK信號通路促進骨質(zhì)疏松患者成骨細胞的增殖，降低其凋亡水平［20］。由此可知，補骨脂素可作為一種有效的成骨誘導(dǎo)劑應(yīng)用于骨質(zhì)疏松癥的治療。

3 黃酮類

黃酮類化合物是植物中最常見的一類天然小分子化合物，廣泛存在于水果、蔬菜中，具有抗氧化、抗過敏、抗癌和抗病毒等多種生物活性［21］。黃酮類化合物在體內(nèi)外骨形成中亦可發(fā)揮積極作用。

3.1 柚皮苷柚皮苷是一種多甲氧基類黃酮，存在于柑桔類水果中，具有抗氧化、抗炎、抗凋亡和抗骨質(zhì)疏松等多種生物活性［22］。柚皮苷通過激活A(yù)kt/IRE1-ASK1-JNK信號通路促進骨修復(fù)，并可預(yù)防糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的股骨頭壞死及骨丟失［23］。研究發(fā)現(xiàn)，柚皮苷能促進炎癥性腸病大鼠ALP、Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（Runx2）等成骨相關(guān)基因表達，并使骨髓勻漿中過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）及丙二醛（MDA）含量下調(diào)，通過阻斷氧化應(yīng)激來促進骨形成，防止骨丟失［22］。此外，負載柚皮苷的殼聚糖納米粒能促進骨形成蛋白的分泌，還能促進BMSCs的增殖和向成骨細胞分化［24］。

3.2 淫羊藿苷淫羊藿苷是一種從淫羊藿中提取的黃酮類物質(zhì)，具有雌激素樣作用。結(jié)合運動治療，淫羊藿苷可通過雌激素受體（ER）α/AKT/β-catenin通路顯著預(yù)防OVX誘導(dǎo)的骨丟失，增加成骨細胞分化和礦化能力［25］。淫羊藿苷除了可通過ER信號通路調(diào)節(jié)Runx2、Ⅰ型膠原（COLⅠ）和骨形成蛋白2（BMP-2）的表達促進大鼠BMSCs的增殖及向成骨細胞分化外，還可以通過此通路抑制脂肪細胞相關(guān)標志物過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）和CCAAT/增強子結(jié)合蛋白α（C/EBPα）的表達抑制BMSCs成脂分化，加強成骨細胞分化［26］。此外，淫羊藿苷可通過增加AKT磷酸化水平，促進糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）Ser9位點磷酸化，使GSK-3β失活，導(dǎo)致β-catenin核易位，促進成骨作用并抑制PPARγ表達，包封淫羊藿苷的脂質(zhì)體靜脈滴注也可明顯改善OVX小鼠骨密度和骨微結(jié)構(gòu)［27］。

3.3 槲皮素槲皮素多存在于蔬菜、水果中，具有抗氧化、抗過敏、免疫調(diào)節(jié)等特性［28］。槲皮素還能通過抑制TNF-α激活NF-κB，減少β-catenin失活，促進成骨細胞分化，體內(nèi)實驗進一步驗證了槲皮素可改善OVX大鼠骨微結(jié)構(gòu)，增加骨負荷和彈性［29］。此外，與阿侖膦酸鈉相比，槲皮素治療不會影響骨質(zhì)疏松癥動物腎臟、肝臟和卵巢的MDA和谷胱甘肽（GSH）水平，且能夠明顯改善股骨皮質(zhì)骨結(jié)構(gòu)，可作為阿侖膦酸鹽在維甲酸誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥治療中的有效替代品［30］。由此可見，槲皮素對維甲酸誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥具良好的治療作用。

4 生物堿

生物堿是一類重要的植物次生代謝化合物，有超過12 000種不同的結(jié)構(gòu)，形成了一個非常龐大的次生化合物群，具有化學(xué)結(jié)構(gòu)和功效多樣性［31］。天然植物生物堿及其合成衍生物因其鎮(zhèn)痛、抗痙攣和殺菌作用而被廣泛使用。

4.1 石蒜堿石蒜堿是一種從東方傳統(tǒng)藥材石蒜中提取的吡咯并菲啶環(huán)型生物堿，毒性較低，具有抗炎、清除自由基、抗病毒等生物活性，低濃度時對癌細胞有選擇性抑制作用。LPS可誘導(dǎo)破骨細胞ROS積累，通過氧化瞬時受體電位陽離子通道（TRPML1）促進轉(zhuǎn)錄因子EB（TFEB）核定位，脂化自噬標志物微管相關(guān)蛋白輕鏈3（LC3），促進細胞自噬，誘導(dǎo)破骨細胞分化，而經(jīng)石蒜堿治療，可顯著降低細胞線粒體活性氧（mROS）和細胞質(zhì)活性氧（cROS）含量，下調(diào)TFEB在細胞核的表達水平，抑制自噬導(dǎo)致的破骨細胞分化，并且其可通過mROS/TRPML1/TFEB軸抑制LPS誘導(dǎo)的炎癥性骨丟失［32］。

4.2 胡椒堿胡椒堿是一種源自黑胡椒的生物堿，具有抗癌、鎮(zhèn)痛、抗炎和抗氧化等特性。研究報道，胡椒堿可激活A(yù)MP依賴的蛋白激酶（AMPK）信號，增加MC3T3-E1細胞中ALP活性和生物礦化，增強Runx2及成骨相關(guān)基因的表達，刺激細胞向成骨細胞分化，此外，胡椒堿還可以通過Wnt/β-catenin信號通路減少破骨細胞數(shù)量，明顯改善OVX小鼠骨微細結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)性能，逆轉(zhuǎn)雌激素缺乏所致骨小梁退變［33-34］。因此，胡椒堿可作為一種替代補品或功能性食品成分用于防治骨質(zhì)疏松癥。

4.3 青藤堿青藤堿是一種從青藤中提取的單體生物堿，多用于關(guān)節(jié)炎、免疫失調(diào)等疾病的治療。青藤堿對破骨細胞過度活動所致的骨質(zhì)疏松具有積極的治療作用。有研究發(fā)現(xiàn)青藤堿可影響間充質(zhì)干細胞中前列腺素E2（PGE2）表達，增加OPG/RANKL比率，抑制破骨細胞分化［35］。青藤堿可抑制乳腺癌細胞MDAMB-231誘導(dǎo)的破骨細胞分化和骨吸收，直接有效激活I(lǐng)L-8水平，抑制NFATc1和c-jun活化，最終抑制破骨細胞形成，防止乳腺癌細胞侵蝕骨細胞［36］。

5 酚類

天然多酚在水果、堅果、蔬菜、豆類中含量豐富。臨床前研究和流行病學(xué)數(shù)據(jù)表明，植物酚類可降低患糖尿病、神經(jīng)退行性疾病和心血管疾病的風(fēng)險，對骨質(zhì)疏松癥同樣具有延緩作用［37］。

5.1 丹酚酸B丹酚酸B是從草本植物丹參中提取的親水性酚類化合物，因具有保護心臟、神經(jīng)、胃、腎臟和肝臟等藥理活性而備受關(guān)注。在OVX骨質(zhì)疏松模型中，補充不同劑量的丹酚酸B可顯著抑制OVX誘導(dǎo)的體質(zhì)量增加及血清中TNF-α、IL-1β、IL-6等炎癥標志物水平，增加股骨密度，明顯改善股骨骨干的最大負荷、剛度、最大應(yīng)力等參數(shù)［38］。最新研究表明，丹酚酸B可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子2（Nrf2）和血紅素氧合酶I（HO-I）水平促進Runx2和調(diào)控成骨相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子（OSX）的表達，上調(diào)下游基因COL-1、胰島素樣生長因子（IGF）-1和OCN，調(diào)節(jié)成骨細胞功能和活性，降低醋酸潑尼松龍對成骨細胞的影響，預(yù)防使用醋酸潑尼松龍引起的骨丟失［39］。在體外實驗中，丹酚酸B可增加BMSCs中一氧化氮（NO）量，促進ALP活性及OPG的表達，增加成骨細胞分化階段OPG/RANKL轉(zhuǎn)錄水平的比值，進而促進BMSCs向成骨細胞分化，防止骨質(zhì)流失［40］。

5.2 白藜蘆醇白藜蘆醇是一種從紅葡萄、花生中提取的天然多酚成分，具有抗腫瘤、清除自由基、抗炎、保護心血管等藥理作用。白藜蘆醇可通過抑制PI3K/AKT信號，上調(diào)叉頭框蛋白O1（FoxO1）的轉(zhuǎn)錄活性，減輕過氧化氫（H2O2）誘導(dǎo)的RAW 264.7細胞氧化損傷和抑制破骨細胞生成，抑制OVX大鼠RANKL的產(chǎn)生，阻止骨小梁微結(jié)構(gòu)的惡變［41］。白藜蘆醇可通過調(diào)節(jié)NAD-依賴性去乙?；窼irtuin-1（SIRT1）/FoxO1信號通路抑制過氧化氫誘導(dǎo)的成骨細胞氧化應(yīng)激損傷，抑制細胞凋亡。而且，它還能上調(diào)OVX小鼠SIRT1水平和增強抗氧化應(yīng)激能力，減少骨丟失［42］。此外，白藜蘆醇可降低骨質(zhì)疏松大鼠股骨RANKL/OPG的比值及IL-23、IL-17A、IL-1β、TNF-α等細胞因子的表達，輕度增加骨密度［43］。

5.3 香草酸香草酸是一種二羥基苯甲酸衍生物，在當(dāng)歸根、龍涎香樹皮和馬齒莧果實中含量較高，具多種生物活性。研究報道香草酸能抑制RAW264.7破骨前細胞向破骨細胞分化，保護OVX小鼠的骨骼免受破骨細胞的降解［44］。也有研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠成骨細胞UMR106細胞中，香草酸可通過有絲分裂原活化蛋白激酶（MEK）/ERK介導(dǎo)的ER信號通路，刺激UMR106細胞向成骨細胞分化，抑制破骨細胞形成，發(fā)揮骨保護作用［45］。

6 展望

天然小分子化合物在抗骨質(zhì)疏松方面有應(yīng)用前景，可通過促進成骨細胞增殖分化以及抑制炎癥和破骨細胞形成，預(yù)防骨質(zhì)流失而發(fā)揮抗骨質(zhì)疏松作用。其刺激新骨形成并調(diào)節(jié)骨代謝平衡的作用可作為當(dāng)前骨質(zhì)疏松癥藥物治療的重要補充。部分天然小分子化合物的作用已在動物模型中得到證實，甚至已在治療人骨質(zhì)疏松方面取得成效。然而，天然小分子化合物仍然存在靶點尚不明確、分子信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)不清晰等問題。今后可重點研究天然小分子化合物治療骨質(zhì)疏松癥的作用靶點及分子機制、構(gòu)效關(guān)系、化學(xué)結(jié)構(gòu)改造及安全性問題，為臨床治療提供更堅實的理論依據(jù)。